手性超材料讨论进展钟柯松 2111409023 物理1. 引言超材料是有特别电磁性质的人造结构性材料，其中一个典型的性质就是负折射率。第一种负折射率材料 1 两个部分组成：一个是连续的金属线，它来实现负介电常数 2，另一个是开环谐振器，来实现负的磁导率 3。在同时实现复介电常数和负磁导率的时候，负折射率就是实现了。后来，人们大多数以这个原则 4-5 来设计负折射率材料。虽然负磁导率在微波段很容易实现，但是在光频区域却极其困难 7,8。与此同时，Pendry9，Tretyakov10,11 和 Monzon12等人从理论上提出了另一种利用手性实现负折射率的途径。而手性材料层作为完美透镜也从理论上实现了 9-13。在这些报告中，Pendry 提出了一种 3D 螺旋线结构来实现负折射率的手性超材料 9。Tretyakov 等人则在理论上讨论了在手性和偶极粒子手性复合材料中得到负折射率的可能性 11。理论表明，负折射率是可以在以 3D 螺旋对称为晶格的金属球超材料中可以得到14。同时也表明，周期上的手性散射是 3D 和各向同性负折射率的原因 15。实际上，Bose 曾经在 1898 年利用螺旋结构讨论了平面偏振电磁波的旋转 16。Lindman 也是讨论微波段人造手性介质的先驱 17。最近，Zhang 等人在实验上实现了一个 3D 手性超材料在 THz 波段的负折射率 18。Wang 等人则在微波段同时实现了 3D 手性超材料的负折射率和巨大的光学活性和圆二色性 19,20。但是，这些提到的 3D 手性超材料都很难构建。同时，平面手型超材料显示了光学活性也被报道了 21-24。这里需要指出的是，平面手性结构是正真的 3D 手性结构是不同的。Arnaut 和 Davis 第一次把平面手性结构引入到了电磁波的讨论中 25,26。一个结构假如被定义为手性结构，那么它应该是在任何平面是没有镜面对称的，然而，一个平面结构被认为是手性的，则它是不能和它在该平面上的镜像重叠的，除非它不在这个平面上。实际上，一个平面手性结构还是和镜像镜面对称的。在垂直入射的情况下，在光传播方向上镜面对称的结构是没有光学活性的 27。除非在这个结构上增加衬底来打破传播方向上的镜面对称，这样光学活性就能得到了 22-24。然而，手性在这些结构是非常微弱的。后来，Rogacheva 等人进一步地提出了双层的手性结构，展现出了很强的光学活性 28。这个两层的花环状的平面金属层相互平面扭和在两个平面中，它们也不像 3D 手性原胞一样连接在一起 18-20，二是通过电磁场来相互耦合。...
